Моделирование процесса нанесения краски устройством с применением робота Kawasaki

Прямая и обратная задача кинематики и позиционирования захвата манипуляционного робота. Разработка алгоритмов и решений, позволяющих организовать процесс нанесения рисунков на поверхность изделия при помощи робота-манипулятора FS03N фирмы Kawasaki.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Современный этап научно-технической революции характеризуется комплексной автоматизацией производства на базе систем машин - автоматов. За последние десятилетия автоматизация основных технологических операций достигла такого уровня, что вспомогательные операции, связанные с транспортировкой и складированием, разгрузкой, загрузкой и сортировкой, выполняемых вручную либо с помощью существующих средств механизации и автоматизации, являются тормозом, как в повышении производительности труда, так и в дальнейшем совершенствовании технологии.

Эффективность деятельности предприятия во многом зависит от автоматизации технических процессов. Минимизация человеческого труда везде, где это возможно приводит, как правило, к увеличению качества производимых изделий. Разница заметна при сравнении продукта, изготовленного вручную и того, что был создан при помощи специализированного робота, и она тем значительнее, чем сложность производимых изделий выше, а начиная с определённого момента, возникают такие задачи, которые никаким другим способом, кроме как автоматизированным решить невозможно. Точность, сложность и безопасность определённых видов работ затрудняют вмешательство человека.

Однако применение роботов кроме всего прочего также позволяет существенно удешевить производство. Особенно эффективными в этом отношении могут оказаться роботы-манипуляторы, так как они имитируют человеческую руку, а значит, могут выполнять широкий спектр работ, доступных человеку. Универсальность механизмов такого типа, способность осуществлять практически любые необходимые действия (покраска, сварка, сборка) делают манипуляторы привлекательным средством для выполнения различных производственных задач, заменяя при этом не только людей, но также и специально сконструированное дорогостоящее оборудование.

Современные достижения в создании орудий производства, вычислительной техники и электроники привели к бурному развитию робототехники - отрасли, создавшей и производящей новую разновидность автоматических машин - промышленных роботов.

Робототехника - одно из наиболее перспективных и интересных направлений технического прогресса. Роботизацию в любой сфере человеческой деятельности можно рассматривать как высшую степень автоматизации, затрагивающую не только технические объекты, но и двигательные и интеллектуальные функции человека. Современные роботы снабжены средствами искусственного зрения и осязания, информация от которых используется компьютерами управления для выполнения поставленных в управляющих программах задач.

Цель квалификационной работы бакалавра - разработать алгоритмы и решения, позволяющие организовать процесс нанесения рисунков на поверхность изделия при помощи робота-манипулятора FS03N фирмы Kawasaki. Полученные данные и алгоритмы впоследствии должны быть использованы специальной программой, управляющей движением манипулятора.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

· Прямую задачу кинематики манипуляционного робота;

· Обратную задачу кинематики манипуляционного робота;

· Задачу позиционирования захвата манипуляционного робота;

· Разработать алгоритмы и их программную реализацию, позволяющая моделировать конкретный шестизвенный манипулятор с шестью вращательными степенями свободы;

· Получить ряд траекторий в рабочей зоне установки для нанесения краски;

Определить параметры траекторного движения захвата - декартовы координаты, углы Эйлера, скорости, обеспечивающие непрерывное, точное и безошибочное выполнение технологических операций.

1. Обзор современных робототехнических комплексов

1.1 Определения работа

Рис. 1

Робот (чеш. robot, от robota -- подневольный труд, rob -- раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функций человек (иногда животного) при взаимодействии с окружающим мира. Термин "робот" (Р) был впервые введён К. Чапеком в пьесе "R. U. R." (1920), где Р называли механических людей. С развитием робототехники определились 3 разновидности Р с жёсткой программой действии; управляем человеком-оператором; с искусственны интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно ("разумно") без вмешательства человека. Большинство современных Р (все три разновидностей) -- Р-манипулятор (см. Манипулятор), хотя существуют и другие виды Р (например, информационные, шагающие и т. п.). Возможно объединение Р первый и второй разновидностей в одной машине с разделением времени их функционирования. Допустим также совместная работ человек с Р третьего вида (в так называем супервизорный режим). Первые Р ( андроиды, имитировавшие движения и внешний облик человека) использовались преимущественно в развлекательных целях (см. Автомат). С 30-х гг. в связи савтоматизацией производства Р-автоматы стали применять в промышленности наряду с традиционными средствами автоматизация технологическая процесса, в частности в мелкосерийном производстве и особенно в цехах с вредными условиями труда (рис. 1).

Промышленный Р-манипулятор имеет "механическую руку" (одна или несколько) и вынесенный пульт управления или встроенный устройство программа управления, реже ЭВМ.

Он может, например, перемещать детали массой до несколько десятков кг в радиусе действия его "механическая рука" (до 2 м),выполняя от 200 до 1000 перемещений в час.

Промышленные Р-автомат имеют преимущество перед человека в скорости и точности выполнения ручных однообразных операций.

Наиболее распространены Р-манипуляторы с дистанционным управлением и "механической рукой", закрепленной на подвижном или неподвижном основании.

Оператор управляет движением "руки", одновременно наблюдая её непосредственно либо на телевизионном экране; в последнем случае. Р снабжается "телевизионным глазом" -- передающей телевизионной камерой.

Часто Р оснащают обучающейся автоматической системой управления. Если такому Р "показывают" последовательность операций, то система управления фиксирует сё в виде программы управления и затем точно воспроизводит при работе.

Р-манипуляторы используют для работы в условиях относительной недоступности (рис. 2, б) либо в опасных, вредных для человека условиях, например в атомной промышленности, где они применяются с 50-х гг. В 60-х гг. появились подводные Р-манипуляторы разнообразных конструкций и назначения: от глубоководных управляемых аппаратов с "механическими руками" (в частности, для захвата образцов породы со дна моря и т. д.) и ползающих по морскому дну платформ с исследовательской аппаратурой до подводных бульдозеров и буровых установок.

В конце 60-х гг. в робототехнике возникло новое научное направление, связанное с созданием интеллектуальных Р Такие Р имеют датчики очувствления (сенсорную систему), воспринимающие информацию об окружающей обстановке, устройство обработки полученной информации (искусственный интеллект) -- специализированную ЭВМ с набором программ -- и исполнительные механизмы (моторную систему). Действия интеллектуального Р обладают некоторыми признаками человеческого поведения: датчики собирают информацию о предметах окружающего мира, их свойствах и взаимодействии; на основе этих данных искусственный интеллект формирует модель внешнего окружения и принимает решение о последовательности действий Р, которые реализуются исполнительными механизмами. К 1975 интеллектуальные Р находились в стадии научных разработок и попыток использования их в промышленности.

1.2 Роботы-пылесосы

Пылесос в современном мире - незаменимый помощник при уборке в квартире, офисе или автомобиле. Он поможет провести сухую или влажную уборку, почистить ковёр или диван, а разнообразные насадки способны выполнить другие функции по уборке дома. Существуют различные типы:

Рис. 2

пылесосы с мешком для сбора пыли обладают высокой степенью очистки, но требуют регулярной замены мешков и фильтров. В этой категории мы рекомендуем пылесосы Bork, Miele, Electrolux. Среди технологии безмешковых стоит отдельно отметить пылесосы циклонного типа Dyson, которые в процессе работы не теряют силу всасывания и не имеют дополнительных затрат на смену расходных материалов. Моющие пылесосы Bissell, VAX пользуются популярностью для уборки офисов и больших загородных домов. Мы поможем выбрать и купить пылесос, при необходимости вы можете оформить покупку пылесоса в кредит.

1.3 Охранный робот ROVIO

Рис. 3

Гонконгская компания WowWee (широко известная по андроиду Robosapien) представила на международной выставке бытовой электроники (2008 International CES) самоходную вебкамеру-робот. Новинка называется Rovio. Она симпатична, "умна" и обладает рядом полезных навыков.

Робот оснащенную WiFi, и может контролироваться удаленно при помощи устройства с доступом в Интернет - мобильными телефоном, ПК или игровой видеоконсолью. Пользователи могут удаленно наблюдать за своим домом или офисом при помощи камеры встроенной в роботе, который передает видео через Интернет.

Кроме просмотра видео микрофон робота позволяет прослушивать помещение, в котором он находится.



Рис.4

Rovio оснащён автономной "интеллектуальной" системой навигации NorthStar, благодаря которой он определяет своё местонахождение и положение окружающих вещей, а потому - курсирует по дому произвольно, по заранее выбранному маршруту или по...